Структурная схема системы управления

Существует две структуры построения системы управления (СУ) в управляемых выпрямителях:

- одноканальная,гдеформирование сигналов управления происходит в общем канале, а на выходе канала выполняется распределение импульсов управления по тиристорам. Такая структура используется при большой асимметрии в трехфазных системах. Достоинством одноканальной структуры является: простота системы управления, недостатком - низкое быстродействие и плохое качество стабилизации выходного напряжения выпрямителя.

- многоканальная,в которой все каналы построены по одной структуре . Достоинством многоканальной схемы является: высокое быстродействие и качество стабилизации напряжения в нагрузке, широкий диапазон регулирования. Не допускается использование данной структуры при асимметрии фазных напряжений в трехфазной системе. Эта схема более дорогостоящая по сравнению с предыдущей.

Требования к системе управления:

1) Необходима синхронизация управляющих сигналов с напряжением питающей сети, что легко реализуется введением дополнительной обмотки силового трансформатора во вторичной цепи для питания СУ (смотрите ниже схему СУ).

2) Обеспечение диапазона регулирования выходного напряжения с учетом всех дестабилизирующих факторов, что обеспечивается подбором параметров пилообразного напряжения (“размаха пилы”) в системе управления при использовании метода широтно-импульсной модуляции для стабилизации выходного напряжения.

3) Мощность импульсов управления должна соответствовать паспортным данным тиристоров для обеспечения гарантированного включения элементов.

4) Должна обеспечивать гальваническую развязку силовой цепи и СУ. С этой целью используется синхронизирующий входной трансформатор и выходной импульсный трансформатор.

5) Должна исключать вероятность возникновения режима сквозных токов, обусловленного инерционностью элементов силовой цепи и системы управления. Для этого подбирается определенная длительность импульсов запуска.

6)

 
 

Должна блокировать подачу управляющих сигналов на тиристор во избежание возникновения аномальных режимов работы силовой цепи.

7) Должна блокировать подачу управляющих сигналов на тиристор во избежание возникновения аномальных режимов работы силовой цепи.

8) Должна исключать помехи со стороны входных цепей во избежания ложных включений тиристоров. Это обеспечивается введением помехоподавляющих фильтров на входе каналов.

На рисунке изображены графические зависимости для напряжений СУ.

 
 

За счет выполнения трансформатора со средней точкой, напряжения U21 и U22 сдвинуты по отношению друг другу на 180 градусов. Прямоугольные импульсы напряжения на выходе тактового генератора формируются посредством сравнения фазного напряжения с эталонным напряжением (Uпор), которое значительно ниже по уровню относительно фазного напряжения. Синхроимпульсы формируются в момент прохождения входного напряжения через ноль. Длительность синхроимпульса выбирается с учетом времени выключения тиристора и минимального угла регулирования выходного напряжения. За интервал прохождения синхроимпульса конденсатор, установленный в цепи генератора пилообразного напряжения должен успеть разрядиться до минимального уровня (Uпо). По заднему фронту синхроимпульса начинается процесс заряда кондесатора в цепи генератора пилообразного напряжения. Постоянная цепи заряда кондесатора должно быть больше периода коммутации тиристорных ключей для обеспечения линейности и высокого качества стабилизации напряжения на выходе выпрямителя.

При увеличении входного напряжения U1 в первоначальный момент времени из-за инерционности системы управления происходит увеличение напряжения на выходе выпрямителя и напряжения обратной связи (снимаемого с нижнего плеча делителя напряжения RД2). При сравнении напряжения обратной связи с пилообразным напряжением в компараторе напряжения уменьшается площадь, отсекаемая напряжением Uос, что приводит к уменьшению длительности широтно-модулированного сигнала. На выходе дифференцирующего звена фиксируется начало и конец ШИМ – сигнала и происходит смещение положительного импульса напряжения на угол a (больший, чем в предыдущем периоде). Усилитель мощности формирует положительный импульс напряжения определенной мощности, необходимой для гарантированного включения тиристора. Трансформаторы Т, Т1 и Т2 обеспечивают гальваническую развязку по входу и выходу. Сигналы управления на выходе системы управления UVS1 и UVS2 приходят с большим фазовым сдвигом по отношению к точке естественной коммутации (a=0), что приводит к уменьшению уровня выпрямленного напряжения, то есть оно восстанавливается.

Контрольные вопросы

1. Принцип действия симметричного однофазного управляемого выпрямителя.

2. Пояснить регулировочную характеристику управляемого выпрямителя.

3. Принцип действия симметричного выпрямителя с обратным вентилем.

4. Принцип действия несимметричного выпрямителя.

5. Требования к системе управления.

6. Поясните режим стабилизации выходного напряжения при возрастании напряжения на входе на основе анализа временных диаграмм работы системы управления и формы выходного напряжения выпрямителя.

7. Поясните режим стабилизации выходного напряжения при возрастании тока нагрузки на основе анализа временных диаграмм работы системы управления и формы выходного напряжения выпрямителя.

8. Проведите сравнительный анализ регулировочных характеристик симметричной схемы выпрямления для активной и активно-индуктивной нагрузок.

9. Почему в несимметричной схеме выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке отсутствует отрицательный выброс напряжения?

10. Объясните природу появления отрицательного выброса напряжения при активно-индуктивной нагрузке в симметричной схеме выпрямителя.

11. Какие параметры источника питания определяют диапазон регулирования выходного напряжения, т. е. amin и amax.

12. Почему экспериментальная регулировочная характеристика отличается от расчетной в симметричном управляемом выпрямителе при активно-индуктивной нагрузке.

13. Назовите достоинства и недостатки симметричного управляемого выпрямителя без обратного вентиля, с обратным вентилем и несимметричного управляемого выпрямителя.

14. Основные электрические параметры тиристора и его особенности работы в управляемых выпрямителях.

15. Вывод зависимости средневыпрямленного значения напряжения от угла регулирования в управляемых выпрямителях.